128m连续钢箱梁仿真分析

128m连续钢箱梁仿真分析Simulation of a 128m Span Continuous Steel

Box Girder

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摘要

有限元法是分析复杂工程结构的一种非常有效的数值方法．本文介绍了使用ANSYS有限元计算软件进行结构分析的方法，叙述了采用ANSYS进行连续钢箱梁结构分析的实施步骤。基于有限元分析软件ANSYS及工程实例，建立了钢箱梁主体结构(包括顶板、U型加劲肋、横隔板、中腹板和底板)的模型。根据连续钢箱梁的受力特性，考虑各部分的相互作用，采用有限元3-D板壳单元对空间连续箱粱的力学性能进行了分析，得出了在两种工况下钢箱梁的应力分布状况，为钢箱梁桥的优化设计提供了依据。通过计算表明，主梁跨中截面挠度较大，但并未超出允许值，应力满足强度条件，整个钢箱梁安全可靠。

关键字：连续钢箱梁有限元分析模型

Abstract

Finite element method is a useful numerical method to analyze complex structures. This paper introduces an analysis method of structure by using ANSYS, and describes the analysis procedure of the continuous steel box girder．Base on ANSYS and the engineering example, the general model of the steel box structure (including top slaps，u-type stiffeners, diaphragms, webs and bottom slaps) is established．According to the mechanical character of continuous steel box girder，and considering the interaction of each part，the paper analyzes the mechanical properties of the continuous steel box girder by using 3-D shell elements，get the steel box girder’s stress distribution at two conditions, which provides some bases for the optimization design of the structure. The calculation shows that the deformation of the midspan is great, but it does not exceed the allowable value. The stress is also satisfies the requirement of strength, the steel box girder is safe and reliable.

Key words:continuous steel box girder finite element analysis model

目录

第1章绪论 (1)

1.1 课题研究的目的和意义 (1)

1.2 国内外研究现状 (1)

1.2.1常规桥梁结构计算 (1)

1.2.2全桥结构仿真分析 (3)

1.3 论文主要研究内容 (3)

第2章钢箱梁背景介绍 (4)

2.1 钢箱梁的钢材选择 (4)

2.2 钢箱梁主要设计参数的选择 (5)

2.2.1桥面顶板的厚度 (5)

2.2.2纵向加劲肋 (6)

2.2.3横隔板设计 (6)

2.3 抗风性能对箱梁设计的要求 (8)

第3章钢箱梁模型建立 (9)

3.1 工程概况 (9)

3.2 ANSYS软件介绍 (10)

3.2.1 ANSYS软件的基本介绍 (10)

3.2.2 ANSYS桥梁结构工程应用 (13)

3.3 主梁建模 (14)

3.3.1模型说明 (14)

3.3.2主梁建模过程 (14)

3.4 有限元模型生成 (20)

3.4.1各类常数设置 (20)

3.4.2网格划分 (21)

3.5 模型说明 (22)

第4章数值计算及分析 (23)

4.1 计算说明 (23)

4.2 加载计算 (23)

4.2.1添加约束 (23)

4.2.2添加自重及车道荷载 (23)

4.2.3自重下变形及应力 (24)

4.2.4自重+车道荷载下变形及应力 (27)

4.3 模态分析 (30)

第5章结论 (34)

参考文献 (35)

致谢 ................................................................................................. 错误！未定义书签。附录A 英文资料 (36)

附录B 翻译 ..................................................................................... 错误！未定义书签。

第1章绪论

1.1 课题研究的目的和意义

钢箱梁由于采用高强材料，构件重量轻、强度高、运输安装简捷，是大跨桥梁的理想桥型。钢箱梁用于桥梁的结构形式主要优点有桥式整体性好，外形美观大方，行车和行走平稳，冲击性小，结构轻巧，跨越能力大，施工便捷，工程造价适中。随着交通工程建设和市政工程建设的发展，国内近年来越来越多地采用钢箱梁作为大跨桥梁的结构形式。

本文利用大型有限元分析软件ANSYS对一大跨度箱形梁进行静态和动态特性分析，表明该箱形梁结构的刚度、强度和自振频率都满足设计指标要求。利用ANSYS软件，使工程人员从经验出发完成的设计建立在精确的科学分析基础上，从而极大的提高了设计的可预见性、可靠性和合理性，为工程人员进一步改进和优化提供了参考。

1.2 国内外研究现状

桥梁结构分析经历了从平面计算到空间计算、从线性计算到非线性计算、从静力计算到动力计算、从铰连接杆计算到刚性或半刚性连接梁计算、从局部模型计算到全桥模型计算的过渡。近20年来，随着计算机技术的进步，桥梁结构计算取得了较大的发展。桥梁结构分析一般有常规桥梁结构计算和全桥结构仿真分析两种方法。

1.2.1 常规桥梁结构计算

以大跨斜拉桥结构计算为例，目前国内外较完善的方法通常按照不同层次分别进行计算。大跨斜拉桥结构计算通常划分成3个不同层次：第1层次指全桥结构总体分析，即建立由索、梁、塔各主要关键构件组成的模型进行计算，它能代表全桥的主要结构行为；第2层次指在主要构件范围内的结构分析，例如梁段和塔柱段的计算分析，包括常见的梁结构的计算，考虑梁段应力和桥面作用效应(如铜箱梁的正交异性板桥面体系)在内；第3层次指复杂细节或局部构造的结构计算，如斜拉桥的索梁锚固构造计算、索塔锚固构造计算等。

从以上简述斜拉桥比较复杂的结构分析计算中可见，现有计算方法已经能够考